JP2009058243A - Optical encoder - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical encoder capable of precisely detecting an absolute angle of a rotation axis. <P>SOLUTION: This encoder includes an eccentricity circular slit 25 being eccentric with respect to a rotation axis which is composed of a plurality of rotation slits and an incremental slit 35 being radial to the rotation axis. Absolute value of the rotation angle is obtained using the eccentricity circular slit 25, and by performing its interpolation division using the signals at the incremental slit, the absolute position at high resolution is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータ等回転駆動装置の位置決め用センサとして使用される光学式エンコーダに関する。   The present invention relates to an optical encoder used as a positioning sensor for a rotary drive device such as a motor.

従来、回転軸の絶対角度を検出するための光学式エンコーダとして、回転軸に対して偏心して形成された環状スリットを設けたものがあった(例えば、特許文献1参照)。
図6は従来の光学式エンコーダの平面図、図7は側断面図である。図において11は回転軸、13は回転ディスク、15は環状スリット、16は投光素子A、17は受光素子A、18は投光素子B、19は受光素子Bである。受光素子Aおよび受光素子BはPSD(ポジション・センシング・ディテクタ)等の1次元のイメージセンサである。
投光素子Aから照射された光は環状スリットの開口部を通過後、受光素子Aの一部分に入射する。同様に、投光素子Bから照射された光も環状スリットの開口部を通過後、受光素子Bの一部分に入射する。
回転軸が回転すると、環状スリットは回転軸に対して偏心して形成されているため、回転軸の中心から、投光素子Aから光が照射される環状スリットまでの距離は回転角度に応じて変化する。したがって、投光素子Aから照射された光が環状スリットの開口部を通過後、受光素子Aに入射する部分が変化する。
Conventionally, as an optical encoder for detecting the absolute angle of a rotating shaft, there is one provided with an annular slit formed eccentrically with respect to the rotating shaft (for example, see Patent Document 1).
6 is a plan view of a conventional optical encoder, and FIG. 7 is a side sectional view. In the figure, 11 is a rotating shaft, 13 is a rotating disk, 15 is an annular slit, 16 is a light projecting element A, 17 is a light receiving element A, 18 is a light projecting element B, and 19 is a light receiving element B. The light receiving element A and the light receiving element B are one-dimensional image sensors such as a PSD (position sensing detector).
The light emitted from the light projecting element A enters the light receiving element A after passing through the opening of the annular slit. Similarly, the light irradiated from the light projecting element B also enters a part of the light receiving element B after passing through the opening of the annular slit.
When the rotating shaft rotates, the annular slit is formed eccentrically with respect to the rotating shaft, so the distance from the center of the rotating shaft to the annular slit irradiated with light from the light projecting element A changes according to the rotation angle. To do. Therefore, after the light irradiated from the light projecting element A passes through the opening of the annular slit, the part that enters the light receiving element A changes.

同様に、回転軸が回転すると、回転軸の中心から、投光素子Bから光が照射される環状スリットまでの距離も回転角度に応じて変化し、投光素子Bから照射された光が環状スリットの開口部を通過後、受光素子Bに入射する部分も変化する。
受光素子Aおよび受光素子Bは、光の入射した位置に応じて信号を発生するが、受光素子Aと受光素子Bは、回転ディスクに対して機械的に90°離れた位置に配置されているので、出力信号の位相も90°ずれた正弦波状の信号が得られる。これらの2相信号を用いて演算することにより、回転軸の回転角θを0°から360°まで一義的に決定することができる。
Similarly, when the rotating shaft rotates, the distance from the center of the rotating shaft to the annular slit irradiated with light from the light projecting element B also changes according to the rotation angle, and the light irradiated from the light projecting element B is annular. After passing through the opening of the slit, the part incident on the light receiving element B also changes.
The light receiving element A and the light receiving element B generate a signal according to the position where the light is incident, but the light receiving element A and the light receiving element B are mechanically disposed at a position 90 ° away from the rotating disk. Therefore, a sinusoidal signal whose output signal phase is also shifted by 90 ° is obtained. By calculating using these two-phase signals, the rotation angle θ of the rotating shaft can be uniquely determined from 0 ° to 360 °.

また、特許文献2、3には回転ディスクの偏心による回転角検出誤差を補正する目的で回転軸中心を中心に同心状の複数の環状スリットと、回転軸中心からある半径距離離れた位置に半径方向に沿ったインクリメンタルスリットが設けられている。さらに両スリットに対向させてそれぞれ固定スリットが配置されている。これらの固定スリットはそれぞれA相信号を取り出すためのA相用固定スリットとA相信号より90°位相のずれたB相信号を取り出すためのB相用固定スリットからそれぞれ構成されている。発光素子からの光はスリット、固定スリットを介して受光素子で検出される。
回転軸に対する回転ディスクの偏心が無いときは環状スリットを介して得られる信号は一定で変化しないが、偏心がある場合は偏心に応じた信号を得ることができ、インクリメンタルスリットを介して得られる角度信号を偏心量信号で補正することにより高精度のエンコーダを実現している。


特開平4−343008号公報 特開平4−086521号公報 特開2001−264119号公報
Further, Patent Documents 2 and 3 disclose that a plurality of concentric annular slits around the rotation axis center and a radius at a certain distance from the rotation axis center for the purpose of correcting a rotation angle detection error due to the eccentricity of the rotating disk. Incremental slits along the direction are provided. Further, fixed slits are arranged to face both the slits. Each of these fixed slits is composed of an A-phase fixed slit for extracting an A-phase signal and a B-phase fixed slit for extracting a B-phase signal shifted by 90 ° from the A-phase signal. Light from the light emitting element is detected by the light receiving element through the slit and the fixed slit.
When there is no eccentricity of the rotating disk with respect to the rotating shaft, the signal obtained through the annular slit is constant and does not change, but when there is eccentricity, a signal corresponding to the eccentricity can be obtained and the angle obtained through the incremental slit A highly accurate encoder is realized by correcting the signal with an eccentricity signal.


JP-A-4-343008 Japanese Patent Laid-Open No. 4-086521 JP 2001-264119 A

しかしながら、特許文献1の回転角検出装置では回転角絶対値を検出するために回転方向に沿って90°ずれた位置にPSDからなる受光素子を配置する必要があり、このため装置は大型化する。また、従来の光学式エンコーダは、1本の環状スリットを通過した光を受光素子で検出しているため、受光光量が小さくS/Nが低い。また、光量を増やすために、環状スリットの開口スリット幅を広くすると、受光部の面積が広がり受光素子に迷電流が流れ、S/Nは改善できない。したがって、分解能が低いという問題があった。
また、回転ディスクの360°機械角回転で、受光素子Aおよび受光素子Bからは1周期の正弦波しか得られない。この信号をもとに角度検出するために、分解能が低いという問題を生じさせていた。
However, in the rotation angle detection device of Patent Document 1, it is necessary to arrange a light receiving element made of PSD at a position shifted by 90 ° along the rotation direction in order to detect the absolute value of the rotation angle, which increases the size of the device. . Further, since the conventional optical encoder detects light passing through one annular slit by the light receiving element, the amount of received light is small and the S / N is low. Further, if the opening slit width of the annular slit is increased in order to increase the amount of light, the area of the light receiving portion increases, stray current flows through the light receiving element, and S / N cannot be improved. Therefore, there is a problem that the resolution is low.
Further, only one cycle of a sine wave can be obtained from the light receiving element A and the light receiving element B by rotating the rotating disk by 360 ° mechanical angle. In order to detect the angle based on this signal, there has been a problem that the resolution is low.

特許文献2,3の従来の方法ではA相、B相信号用の固定スリット部を同じ固定スリット内で作ることが出来、小型に構成することができるが、回転軸偏心誤差の補正を目的とし回転軸中心を中心とした環状スリットであり、回転角絶対値検出に関する記述もなされていない。また、回転角度の絶対値を検出するという目的でないので、環状スリットのスリットピッチに関しても、記述がされていない。
本考案は上記課題を解決し、回転軸絶対角を高精度かつ小型に検出することができる光学式エンコーダを提供することにある。
In the conventional methods of Patent Documents 2 and 3, the fixed slit portions for A-phase and B-phase signals can be made in the same fixed slit and can be made compact, but for the purpose of correcting the rotational axis eccentricity error. It is an annular slit centered on the center of the rotation axis, and there is no description about detection of the absolute value of the rotation angle. Moreover, since it is not the purpose of detecting the absolute value of the rotation angle, the slit pitch of the annular slit is not described.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical encoder capable of detecting a rotation axis absolute angle with high accuracy and small size.

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項1記載の発明は、回転軸に取り付けられた回転ディスクと、固定部材に設けられた投受光素子からなり、前記回転軸の回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記回転ディスク上に前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数本からなる環状スリットを形成し、前記環状スリットに対向して第1の固定スリットを配置し、固定部材に設けられた第1の投光素子から照射され、前記環状スリットを透過または反射し、さらに第1の固定スリットを透過した光を検出する第1の受光素子を備えたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical encoder that includes a rotating disk attached to a rotating shaft and a light projecting / receiving element provided on a fixed member, and detects the rotation angle of the rotating shaft. A plurality of annular slits that are eccentric with respect to the rotation center of the rotation shaft are formed, a first fixed slit is disposed opposite the annular slit, and irradiation is performed from a first light projecting element provided on the fixed member. And a first light receiving element that detects light transmitted through or reflected by the annular slit and further transmitted through the first fixed slit.

請求項2の発明は、請求項1記載の光学式エンコーダの前記第1の固定スリットと前記第1の受光素子複数のスリットパターン状に構成した受光素子で構成したことを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1記載の光学式エンコーダの前記環状スリットのスリットピッチを前記環状スリットの前記回転中心に対する偏心量以下にしたことを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1記載の光学式エンコーダの前記第1の固定スリットを複数相の正弦波信号を検出するための位相のずれた複数のスリット群から構成し、前記第1の受光素子は前記第1の固定スリットの前記スリット群の数に等しい複数個から構成されたことを特徴とするものである。

請求項5記載の発明は、回転軸に取り付けられた回転ディスクと、固定部材に設けられた投受光素子からなり、前記回転軸の回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、前記回転ディスク上に前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数本からなる環状スリットを形成し、前記環状スリットに対向して第1の固定スリットを配置し、固定部材に設けられた第1の投光素子から照射され、前記環状スリットを透過または反射し、さらに第1の固定スリットを透過した光を検出する第1の受光素子を備え、前記回転ディスク上に前記回転軸の回転中心に対して放射状のインクリメンタルスリットを形成し、前記インクリメンタルスリットに対向してインクリメンタル用固定スリットを配置し、投光素子から照射され、前記インクリメンタルスリットを透過または反射し、さらにインクリメンタル用固定スリットを透過した光を検出するインクリメンタル用受光素子と、前記第1の受光素子からの信号を処理し得られる角度信号と前記インクリメンタル用受光素子から得られる角度信号から絶対角度を演算する演算回路を設けたことを特徴とするものである。
請求項6記載の発明は請求項5記載の光学式エンコーダの前記インクリメンタル用受光素子から得られる信号をさらに内挿分割した信号を加え高分解能の絶対角度を演算する演算装置を備えたことを特徴とするものである。
請求項7の発明は、請求項5記載の光学式エンコーダの前記インクリメンタル用固定スリットと前記インクリメンタル用受光素子を複数のスリットパターン状に構成した受光素子で構成したことを特徴とするものである。

請求項8の発明は、請求項5記載の光学式エンコーダの前記インクリメンタル用固定スリットを複数相の正弦波信号を検出するための位相のずれた複数のスリット群から構成し、前記インクリメンタル用受光素子は前記インクリメンタル用固定スリットの前記スリット群の数に等しい複数個から構成されたことを特徴とするものである。
請求項9の発明は請求項5記載の光学式エンコーダにおいて、前記第1の投光素子と前記インクリメンタル用投光素子を共通の投光素子で構成したことを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, the optical encoder according to the first aspect comprises the first fixed slit and a light receiving element configured in a plurality of slit patterns of the first light receiving element. .
According to a third aspect of the present invention, the slit pitch of the annular slit of the optical encoder according to the first aspect of the present invention is set to be equal to or less than an eccentric amount with respect to the rotation center of the annular slit.
According to a fourth aspect of the present invention, the first fixed slit of the optical encoder according to the first aspect is composed of a plurality of groups of slits whose phases are shifted to detect a sine wave signal having a plurality of phases. The light receiving element is composed of a plurality of light receiving elements equal to the number of the slit groups of the first fixed slit.

According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical encoder that includes a rotating disk attached to a rotating shaft and a light projecting / receiving element provided on a fixed member, and detects the rotation angle of the rotating shaft. A plurality of annular slits that are eccentric with respect to the rotation center of the rotation shaft are formed, a first fixed slit is disposed opposite the annular slit, and irradiation is performed from a first light projecting element provided on the fixed member. A first light receiving element that detects light transmitted through or reflected by the annular slit and transmitted through the first fixed slit, and is a radial incremental slit on the rotating disk with respect to the rotation center of the rotating shaft. An incremental fixing slit is disposed opposite to the incremental slit, irradiated from a light projecting element, and the incremental Incremental light-receiving element that detects light transmitted through or reflected from the optical path and further through the incremental fixed slit, an angle signal obtained by processing a signal from the first light-receiving element, and the incremental light-receiving element An arithmetic circuit for calculating an absolute angle from an angle signal is provided.
According to a sixth aspect of the present invention, the optical encoder according to the fifth aspect further comprises an arithmetic unit that calculates a high-resolution absolute angle by adding a signal obtained by further interpolating the signal obtained from the incremental light-receiving element. It is what.
The invention according to claim 7 is characterized in that the incremental fixing slit and the incremental light receiving element of the optical encoder according to claim 5 are configured by a light receiving element configured in a plurality of slit patterns.

According to an eighth aspect of the present invention, the incremental fixed slit of the optical encoder according to the fifth aspect is composed of a plurality of phase-shifted slit groups for detecting a plurality of sine wave signals, and the incremental light receiving element. Is composed of a plurality of slits equal to the number of the slit groups of the incremental fixed slits.
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical encoder according to the fifth aspect, the first light projecting element and the incremental light projecting element are constituted by a common light projecting element.

請求項1に記載の発明によると、複数本の環状スリットを通過または反射した光を固定スリットを介して受光素子で受光するので小型化でき、また受光光量が増え、信号のS/Nが高くなる。


請求項2および7記載の発明によると、受光素子を複数のスリットパターン状に構成することにより固定スリットが省略でき、構成が簡素化できる。
請求項3記載の発明によると、スリットピッチを前記偏心量以下にすることによってA相、B相信号で回転角の絶対値が一義的に決定でき、カウンター等を用いた信号処理が不要になり信号処理が簡素化できる。
請求項4および8記載の発明によると、A相、B相などの複数相信号が同一の固定スリット上で構成できるため小型化することができる。
請求項5に記載の発明によると、前記第1の受光素子からの信号を処理し得られる絶対値信号の下位に、インクリメンタルスリットから得られた信号を加えることにより高分解能の絶対角度信号が得られる。
請求項6記載の発明によるとインクリメンタルスリットから得られた信号をさらに内挿分割した信号を加えることにより、高分解能な絶対角度信号が得られる。
請求項9記載の発明によると、前記第1の投光素子と前記インクリメンタル用投光素子を1つの投光素子で構成でき、小型化することができる。
According to the first aspect of the present invention, the light that has passed through or reflected through the plurality of annular slits is received by the light receiving element through the fixed slit, so that the size can be reduced, the amount of received light is increased, and the signal S / N is increased. Become.


According to invention of Claim 2 and 7, a fixed slit can be abbreviate | omitted by comprising a light receiving element in several slit pattern shape, and a structure can be simplified.
According to the third aspect of the present invention, the absolute value of the rotation angle can be uniquely determined by the A-phase and B-phase signals by setting the slit pitch to be equal to or less than the eccentric amount, and signal processing using a counter or the like becomes unnecessary. Signal processing can be simplified.
According to the fourth and eighth aspects of the invention, since a plurality of phase signals such as the A phase and the B phase can be configured on the same fixed slit, the size can be reduced.
According to the fifth aspect of the present invention, a high-resolution absolute angle signal is obtained by adding the signal obtained from the incremental slit to the lower order of the absolute value signal obtained by processing the signal from the first light receiving element. It is done.
According to the sixth aspect of the present invention, a high-resolution absolute angle signal can be obtained by adding a signal obtained by further interpolating the signal obtained from the incremental slit.
According to the ninth aspect of the present invention, the first light projecting element and the incremental light projecting element can be constituted by one light projecting element, and the size can be reduced.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明のエンコーダの平面図、図2は側断面図、図3は第1の固定スリットの平面図である。図において11は回転軸、13は回転ディスク、25は複数本のスリットからなる環状スリット、16、22は図示しない固定部材に設けられたそれぞれ第1の投光素子、第1の受光素子、21は第1の固定スリットである。環状スリット25は半径方向に同一ピッチで径の異なる同心円パターンであり、同心円中心は回転軸中心とは異なり偏心している。第1の受光素子22はフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光量検出素子である。図3のように第1の固定スリット21は、環状スリット25のスリットピッチと同一ピッチの平行パターンである。また固定スリットはA相信号を取り出すためのA相用固定スリットAとA相信号より90°位相のずれたB相信号を取り出すためのB相用固定スリットBから構成されている。この場合スリット群の数は2個で、第1の受光素子22も2個の受光素子からなる。またA相とB相の2相だけでなく、A相、B相に対して180°位相のずれたA−、B−加えた4相信号出力用の固定スリットであっても良い。この場合スリット群の数は4個となり、第1の受光素子22は4個の受光素子からなる。 なお、受光素子の形状を前記第1の固定スリットのスリットピッチに等しいスリットパターンにすることにより、固定スリットを省略することができる。   FIG. 1 is a plan view of an encoder according to the present invention, FIG. 2 is a side sectional view, and FIG. 3 is a plan view of a first fixed slit. In the figure, 11 is a rotating shaft, 13 is a rotating disk, 25 is an annular slit composed of a plurality of slits, 16 and 22 are a first light projecting element, a first light receiving element, 21 provided on a fixing member (not shown), respectively. Is a first fixed slit. The annular slit 25 is a concentric pattern with the same pitch and different diameter in the radial direction, and the center of the concentric circle is eccentric unlike the center of the rotation axis. The first light receiving element 22 is a light amount detecting element such as a photodiode or a phototransistor. As shown in FIG. 3, the first fixed slit 21 is a parallel pattern having the same pitch as the slit pitch of the annular slit 25. The fixed slit includes an A-phase fixed slit A for extracting an A-phase signal and a B-phase fixed slit B for extracting a B-phase signal that is 90 ° out of phase with respect to the A-phase signal. In this case, the number of slit groups is two, and the first light receiving element 22 is also composed of two light receiving elements. Further, not only two phases of A phase and B phase, but also A- and B-added fixed slits for four-phase signal output, which are 180 ° out of phase with respect to A phase and B phase, may be used. In this case, the number of slit groups is four, and the first light receiving element 22 is composed of four light receiving elements. The fixed slit can be omitted by making the shape of the light receiving element a slit pattern equal to the slit pitch of the first fixed slit.

回転軸が回転すると、環状スリット25は回転軸に対して偏心して形成されているため、回転軸の中心から、投光素子16からの光が照射される環状スリット25までの距離は回転角度に応じて変化する。これにより環状スリット25と固定スリット21のパターンがずれ、受光素子22に入射する光の光量が変化し、回転角に応じた正弦波状の前述のA相とB相の信号が受光素子で検出される。この2つの出力信号をもとに、後段の回路で演算することにより、回転軸の回転角θを0°から360°まで一義的に決定することができる。特に環状スリット25と固定スリット21のスリットピッチを偏心量より大きく設定し、回転ディスクの360°の機械角回転で、偏心により得られる信号が正弦波信号の1周期内に収まるようにしておけば、カウンターなど信号処理を複雑にすることなく回転角θを一義的に決定することができる。例えば、前記環状スリットの前記回転軸に対する偏心量を40μmとすると、前記環状スリットと固定スリットのスリットピッチを50μmにすればよい。   When the rotating shaft rotates, the annular slit 25 is formed eccentrically with respect to the rotating shaft, so the distance from the center of the rotating shaft to the annular slit 25 irradiated with the light from the light projecting element 16 is the rotation angle. Will change accordingly. As a result, the patterns of the annular slit 25 and the fixed slit 21 are shifted, the amount of light incident on the light receiving element 22 changes, and the above-described sinusoidal A and B phase signals corresponding to the rotation angle are detected by the light receiving element. The Based on these two output signals, the rotation angle θ of the rotating shaft can be uniquely determined from 0 ° to 360 ° by calculating in the subsequent circuit. In particular, if the slit pitch of the annular slit 25 and the fixed slit 21 is set larger than the amount of eccentricity, and the rotation angle of the rotating disk is 360 ° so that the signal obtained by the eccentricity is within one cycle of the sine wave signal. The rotation angle θ can be uniquely determined without complicating signal processing such as a counter. For example, if the amount of eccentricity of the annular slit with respect to the rotation axis is 40 μm, the slit pitch between the annular slit and the fixed slit may be 50 μm.

本実施例のエンコーダは、複数本の環状スリット25と固定スリット21の構成により回転角の絶対値を検出するための2相ないし、4相信号など複数相信号を小型な構成で検出でき、また複数本の環状スリット25と固定スリット21を通過した光を受光素子22で受光するので、受光光量が増え、信号のS/Nが高くなり、角度の分解能が高くなる。   The encoder of the present embodiment can detect a plurality of phase signals such as a two-phase or four-phase signal for detecting the absolute value of the rotation angle with a configuration having a plurality of annular slits 25 and fixed slits 21, and a small configuration. Since the light that has passed through the plurality of annular slits 25 and the fixed slit 21 is received by the light receiving element 22, the amount of received light increases, the S / N of the signal increases, and the angular resolution increases.

図4は、第2実施例の光学式エンコーダの平面図、図5は、側断面図である。第1実施例のエンコーダと同一の構成部品は同一番号を付し説明を省略する。異なる点について説明する。図において、35は回転中心に対して放射状のインクリメンタルスリット、36はインクリメンタル用投光素子、32はインクリメンタル用受光素子、31はインクリメンタル用固定スリットである。回転角絶対値および回転方向の検出のために、インクリメンタル用固定スリット31は図3に示した第1の固定スリットと同様にインクリメンタルスリットピッチ35と同一ピッチの平行パターンからなるスリットで構成され、複数相の正弦波信号を検出するために位相のずれた複数のスリット群からなる。インクリメンタル用受光素子32も前記第1の受光素子22と同様にインクリメンタル固定スリット31のスリット群の数に等しい受光素子からなる。
なお、インクリメンタル用投光素子36を前記第1の投光素子16とは別に設けたが小型化するために1つの投光素子で兼用することもできる。
FIG. 4 is a plan view of the optical encoder of the second embodiment, and FIG. 5 is a side sectional view. The same components as those of the encoder of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Different points will be described. In the figure, 35 is a radial incremental slit with respect to the center of rotation, 36 is an incremental light projecting element, 32 is an incremental light receiving element, and 31 is an incremental fixed slit. In order to detect the absolute value of the rotation angle and the rotation direction, the incremental fixed slit 31 is composed of a slit made of a parallel pattern having the same pitch as the incremental slit pitch 35, like the first fixed slit shown in FIG. In order to detect a sine wave signal of a phase, it consists of a plurality of slit groups whose phases are shifted. Similarly to the first light receiving element 22, the incremental light receiving element 32 is also composed of light receiving elements equal to the number of slit groups of the incremental fixed slit 31.
Although the incremental light projecting element 36 is provided separately from the first light projecting element 16, a single light projecting element may be used for reducing the size.

回転軸が回転すると、各インクリメンタル用受光素子32は回転角度に応じた正弦波状の信号を出力する。第1実施例と同一の構成部品から得られた角度の絶対位置と、前記インクリメンタル信号を図示しない演算回路で演算処理しつなぎ合わせることにより、絶対角度信号を得る。
さらに得られた正弦波状のインクリメンタル信号を図示しない演算装置で内挿分割処理し、加え合わせることにより、回転軸の高分解能の絶対角度信号を得ることができる。
第1実施例と同一の構成部品から得られる角度の絶対位置信号は、前記インクリメンタル信号の正弦波1周期分以内の分解能があればよく、エンコーダ全体の分解能は、前記インクリメンタル信号の内挿分割分解能に依存するため、非常に高い分解能を得ることができる。
When the rotation shaft rotates, each incremental light receiving element 32 outputs a sine wave signal corresponding to the rotation angle. An absolute angle signal is obtained by arithmetically processing the absolute position of the angle obtained from the same component as in the first embodiment and the incremental signal by an arithmetic circuit (not shown).
Further, the obtained sinusoidal incremental signal is interpolated by an arithmetic unit (not shown) and added to obtain a high-resolution absolute angle signal of the rotating shaft.
The absolute position signal of the angle obtained from the same component as in the first embodiment only needs to have a resolution within one cycle of the sine wave of the incremental signal, and the resolution of the encoder as a whole is the interpolation resolution of the incremental signal. Because of this, a very high resolution can be obtained.

本発明は、反射型エンコーダに用いても従来のエンコーダよりも高分解能な角度の絶対位置を検出することができる。
The present invention can detect an absolute position at an angle with higher resolution than a conventional encoder even when used in a reflective encoder.

本発明の第1実施例を示す光学式エンコーダの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical encoder which shows 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例を示す光学式エンコーダの構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the optical encoder which shows 1st Example of this invention. 本発明の光学式エンコーダの第1の固定スリットを示す平面図である。It is a top view which shows the 1st fixed slit of the optical encoder of this invention. 本発明の第2実施例を示す光学式エンコーダの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the optical encoder which shows 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例を示す光学式エンコーダの構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the optical encoder which shows 2nd Example of this invention. 従来の光学式エンコーダの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the conventional optical encoder. 従来の光学式エンコーダの構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the conventional optical encoder.

符号の説明Explanation of symbols

11 回転軸
13 回転ディスク
15 環状スリット
16 第1の投光素子A
17 受光素子A
18 投光素子B
19 受光素子B
21 第1の固定スリット
22 第1の受光素子
25 複数本のスリットからなる環状スリット
31 インクリメンタル用固定スリット
32 インクリメンタル用受光素子
35 インクリメンタルスリット
36 インクリメンタル用投光素子
11 Rotating shaft 13 Rotating disk 15 Annular slit 16 First light projecting element A
17 Light receiving element A
18 Light Emitting Element B
19 Light receiving element B
21 First fixed slit 22 First light receiving element 25 Annular slit 31 composed of a plurality of slits 31 Incremental fixed slit 32 Incremental light receiving element 35 Incremental slit 36 Incremental light projecting element

Claims (9)

回転軸11に取り付けられた回転ディスク13と、固定部材に設けられた投受光素子からなり、前記回転軸の回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、
前記回転ディスク13上に前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数本からなる環状スリット25を形成し、
前記環状スリット25に対向して第1の固定スリット21を配置し、
前記固定部材に設けられた第1の投光素子16から照射され、前記環状スリット25を透過または反射し、さらに第1の固定スリット21を透過した光を検出する第1の受光素子22を備えたことを特徴とする光学式エンコーダ。
In an optical encoder comprising a rotary disk 13 attached to the rotary shaft 11 and a light projecting / receiving element provided on a fixed member, and detecting the rotation angle of the rotary shaft,
Forming a plurality of annular slits 25 eccentric on the rotation center of the rotating shaft on the rotating disk 13,
A first fixed slit 21 is arranged opposite to the annular slit 25,
A first light receiving element 22 is provided for detecting light emitted from the first light projecting element 16 provided on the fixed member, transmitted or reflected through the annular slit 25, and further transmitted through the first fixed slit 21. An optical encoder characterized by that.
前記第1の固定スリット21と前記第1の受光素子22を複数のスリットパターン状に構成した受光素子で構成したことを特徴とする請求項1記載の光学式エンコーダ。
The optical encoder according to claim 1, wherein the first fixed slit (21) and the first light receiving element (22) are configured by a light receiving element configured in a plurality of slit patterns.
前記環状スリット25のスリットピッチは前記環状スリット25の回転中心に対する偏心量以下であることを特徴とした請求項1記載の光学式エンコーダ。
The optical encoder according to claim 1, wherein a slit pitch of the annular slit is equal to or less than an eccentric amount with respect to a rotation center of the annular slit.
前記第1の固定スリット21は複数相の正弦波信号を検出するための位相のずれた複数のスリット群から構成され、前記第1の受光素子22は前記第1の固定スリットのスリット群の数に等しい複数個から構成されたことを特徴とした請求項1記載の光学式エンコーダ。
The first fixed slit 21 is composed of a plurality of slit groups whose phases are shifted to detect a sine wave signal having a plurality of phases, and the first light receiving element 22 is the number of slit groups of the first fixed slit. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical encoder is composed of a plurality equal to each other.
回転軸11に取り付けられた回転ディスク13と、固定部材に設けられた投受光素子からなり、前記回転軸の回転角度を検出する光学式エンコーダにおいて、
前記回転ディスク13上に前記回転軸の回転中心に対して偏心した複数本からなる環状スリット25を形成し、
前記環状スリット25に対向して第1の固定スリット21を配置し、
前記固定部材に設けられた第1の投光素子16から照射され、前記環状スリット25を透過または反射し、さらに第1の固定スリット21を透過した光を検出する第1の受光素子22を備え、
前記回転ディスク13上に前記回転軸11の回転中心に対して放射状のインクリメンタルスリット35を形成し、
前記インクリメンタルスリット35に対向してインクリメンタル用固定スリット31を配置し、
インクリメンタル用投光素子36から照射され、前記インクリメンタルスリット35を透過または反射し、さらにインクリメンタル用固定スリット31を透過した光を検出するインクリメンタル用受光素子32と、
前記第1の受光素子22からの信号を処理し得られる角度信号と前記インクリメンタル用受光素子から得られる角度信号から絶対角度を演算する演算回路を設けたことを特徴とする光学式エンコーダ。
In an optical encoder comprising a rotary disk 13 attached to the rotary shaft 11 and a light projecting / receiving element provided on a fixed member, and detecting the rotation angle of the rotary shaft,
Forming a plurality of annular slits 25 eccentric on the rotation center of the rotating shaft on the rotating disk 13,
A first fixed slit 21 is arranged opposite to the annular slit 25,
A first light receiving element 22 is provided for detecting light emitted from the first light projecting element 16 provided on the fixed member, transmitted or reflected through the annular slit 25, and further transmitted through the first fixed slit 21. ,
A radial incremental slit 35 is formed on the rotary disk 13 with respect to the rotation center of the rotary shaft 11,
An incremental fixing slit 31 is disposed opposite the incremental slit 35,
An incremental light receiving element 32 that detects light that has been irradiated from the incremental light projecting element 36, transmitted or reflected through the incremental slit 35, and further transmitted through the incremental fixed slit 31;
An optical encoder comprising an arithmetic circuit for calculating an absolute angle from an angle signal obtained by processing a signal from the first light receiving element and an angle signal obtained from the incremental light receiving element.
前記インクリメンタル用受光素子32から得られる信号を更に内挿分割し高分解能の角度信号を加える演算装置を備えたことを特徴とする請求項5記載の光学式エンコーダ。
6. The optical encoder according to claim 5, further comprising an arithmetic unit for further interpolating and dividing a signal obtained from the incremental light receiving element and adding a high resolution angle signal.
前記インクリメンタル用固定スリット31と前記インクリメンタル用受光素子32を複数のスリットパターン状に構成した受光素子で構成したことを特徴とする請求項5記載の光学式エンコーダ。



The optical encoder according to claim 5, wherein the incremental fixing slit (31) and the incremental light receiving element (32) are constituted by light receiving elements configured in a plurality of slit patterns.



前記インクリメンタル用固定スリット31はそれぞれ複数相の正弦波信号を検出するための位相のずれた複数のスリット群から構成され、前記インクリメンタル用受光素子32は前記インクリメンタル用固定スリットのスリット群の数に等しい複数個から構成されたことを特徴とした請求項5記載の光学式エンコーダ。
The incremental fixed slits 31 are each composed of a plurality of slit groups whose phases are shifted to detect a plurality of sine wave signals, and the incremental light receiving elements 32 are equal to the number of slit groups of the incremental fixed slits. 6. The optical encoder according to claim 5, wherein the optical encoder is composed of a plurality.
前記第1の投光素子16と前記インクリメンタル用投光素子36を共通の投光素子で構成したことを特徴とする請求項5記載の光学式エンコーダ。   6. The optical encoder according to claim 5, wherein the first light projecting element and the incremental light projecting element are configured by a common light projecting element.
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